《遺傳密碼的破譯（選學）》教材分析教材分析本節內容在課標中屬選學部分，是為了滿足學生多樣化的需求而設計的；面向基礎較好、學有余力的選修學生分通過充分利用教材中的學習化課程資源，來調動學生的探究興趣。本節的主要內容是遺傳密碼的破譯過程，是對本章第1節的重要補充。學生在第1節中已經學習了遺傳密碼，但并不了解遺傳密碼是如何破譯的，本節引導學生認識遺傳密碼的破譯過程，使學生通過這一研究過程學習其中蘊含的科學研究方法。在教學中教師采用探究式教學引導學生通過數學方法推理和猜想“堿基與氨基酸的對應關系”；根據科學資料，運用英語詞句類比推理“堿基與氨基酸的對應關系”；借鑒科學家的實驗方法，小組合作設計實驗方案，探究與體驗破譯遺傳密碼的方法和過程。采用類比的學習方法，使復雜的問題更容易理解；以分析“尼倫伯格和馬太實驗”的設計思路為突破口，初步理解遺傳密碼的破譯方法。教學目標教學目標1.說出遺傳密碼的閱讀方式；2.說出遺傳密碼的破譯過程，包括伽莫夫的三聯體推斷，克里克的實驗證據，尼倫伯格和馬太的蛋白質的體外合成實驗。教學重難點教學重難點【教學重點】三個堿基決定一個氨基酸這一結論的探索過程【教學難點】重疊閱讀方式和非重疊閱讀方式課前準備課前準備1.多媒體課件；2.學生完成相應預習內容；3.學生課前查閱相關背景資料，搜集有關資料。教學過程教學過程一、課程的導入通過給同學幾分鐘時間讓學生對應左圖的莫爾斯密碼表將書上給的那一段密碼文字翻譯出來，然后問學生“如果沒有這個密碼表，他們能譯出來嗎？再問那么密碼表重要嗎？”“同學們那你們知道我們身體里也藏有一個密碼表嗎？知道它是什么嗎？了解它嗎？好，這節課我們就來學習這個我們身體里的密碼子-----遺傳密碼子”二、新課的展開我們知道了核酸中的堿基序列就是遺傳信息，翻譯實際上就是將mRNA中的堿基序列翻譯為蛋白質的氨基酸序列，那么堿基序列與氨基酸序列是如何對應的呢？“中心法則”提出后更為明確地指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從DNA→RNA→蛋白質。那DNA和蛋白質之間究竟是什么關系？或者說DNA是如何決定蛋白質？這個有趣而深奧的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣。1954年科普作家伽莫夫對破譯密碼首先提出了挑戰。當年，他在《自然Nature》雜志首次發表了遺傳密碼的理論研究的文章，指出三個堿基編碼一個氨基酸。歷史的步伐PPT投影：從1866年，孟德爾提出遺傳定律到20世紀60年代，闡明mRNA.tRNA及核糖體的功能、蛋白質生物合成的過程。研究背景1.1941年比德爾（）和塔特（E.Tatum）的工作則強有力地證明了基因突變引起了酶的改變，而且每一種基因一定控制著一種特定酶的合成，從而提出了一個基因一種酶的假說。人們逐步地認識到基因和蛋白的關系?！爸行姆▌t”提出后更為明確地指指出了遺傳信息傳遞的方向，總體上來說是從DNA→RNA→蛋白質。那DNA和蛋白質之間究竟是什么關系？或者說DNA是如何決定蛋白質？這個有趣而深奧的問題在五十年代末就開始引起了一批研究者的極大興趣。2.1944年，理論物理學家薛定諤發表的《什么是生命》一書中就大膽地預言，染色體是由一些同分異構的單體分子連續所組成。這種連續體的精確性組成了遺傳密碼。他認為遺傳物質是一種信息分子，同分異構單體可能作為一般民用的莫爾斯電碼的兩個符號：“·”、“—”，通過排列組合來儲存遺傳信息。3.1944年，理論物理學家薛定諤發表的《什么是生命》一書，而當時遺傳物質的化學本質是尚未明確的，十年后DNA雙螺旋模型才得以建立，在這樣的背景下能將遺傳信息設想成一種電碼式的遺傳密碼形式，實在是一種超越時代的遠見卓識。遺傳密碼子的閱讀方式對于遺傳密碼來說最簡單的破譯方法應是將DNA順序或mRNA順序和多肽相比較。但和一般破譯密碼不同的是，遺傳信息的譯文——蛋白的順序是已知的，未知的都是密碼。1954年Sanger用紙層析分析了胰島素的結構后，對蛋白質的氨基酸序列了解得越來越多。但是直到1969年前后經歷了十多年時間，多位科學家的執著研究才破譯了密碼，其中最為重要的幾項工作其思路之新穎、方法之精巧都閃爍著科學的智慧之光。人們不禁又要問在三聯體中的每個堿基作為信息只讀一次還是重復閱讀呢？以重疊和非重疊方式閱讀DNA序列會有什么不同呢？當圖中DNA的第三個堿基(T)發生改變時，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響1個氨基酸，如果是重疊的又將影響3個氨基酸。當圖中DNA的第三個堿基(T)后插入一個堿基A，如果密碼是非重疊的，這一改變將影響3個氨基酸，如果密碼是重疊的，又將影響3個氨基酸。遺傳密碼子的驗證（克里克的實驗）1961年，克里克對T4噬菌體DNA上的一個基因進行處理，使DNA增加或減少堿基。

通過這樣的方法他們發現加入或減少1個和2個堿基都會引起噬菌體突變，無法產生正常功能的蛋白質，而加入或減少3個堿基時卻可以合成正常功能的蛋白質。為什么會這樣呢？這只能解釋為：遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸。請比較分析下圖：插入3個堿基對原有氨基酸序列影響最小.克里克是第一個用實驗證明遺傳密碼中3個堿基編碼1個氨基酸的科學家。這個實驗還同時表明：遺傳密碼從一個固定的起點開始，以非重疊的方式閱讀，編碼之間沒有分隔符。遺傳密碼對應規則的發現1961-1962年，尼倫伯格（，1927～）和馬太（）的實驗

這一結果不僅證實了無細胞系統的成功，同時還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。這是第一個遺傳密碼子被破譯。尼倫伯格的實驗巧妙之處在于利用無細胞系統進行體外合成蛋白質，他這富有創新的實驗方法為他帶來了重大的成功！在接下來的六七年里，科學家沿著體外合成蛋白質的思路，不斷地改進實驗方法，破譯出了全部的密碼子，并編制出了密碼子表。這項工作成為生物學史上的一個偉大的里程碑！為人類探索和提示生命的本質的研究向前邁進一大步，為后面分子遺傳生物學的發展有著重要的推動作用。遺傳密碼子的性質1.不間斷性mRNA的三聯體密碼是連續排列的，相鄰密碼之間無核苷酸間隔。所以若在某基因編碼區(能指導蛋白質合成的區域)的DNA序列或mRNA中間插入或刪除1~2個核苷酸，則其后的三聯體組合方式都會改變，不能合成正常的蛋白質.2.不重疊性對于特定的三聯體密碼而言，其中的每個核苷酸都具有不重疊性。例如如果RNA分子UCAGACUGC的密碼解讀順序為:UCA.GAC.UGC，則它不可以同時解讀為:UCA.CAG、AGA.GAC……等.不重疊性使密碼解讀簡單而準確無誤.并且，當一個核苷酸被異常核苷酸取代時，不會在肽鏈中影響到多個氨基酸.3.簡并性絕大多數氨基酸具有2個以上不同的密碼子，這一現象稱做簡并性，編瑪相同氨基酸的密碼子稱同義密碼子。由于兼并性，某些DNA堿基變化不會引起相應蛋白質的氨基酸序列改變。4.通用性除線粒體的個別密碼外，生物界通用一套遺傳密碼，細菌、動物和植物等不同物種之間，蛋白質合成機制及其mRNA都是可以互換的。例如，真核生物的基因可以在原核生物中表達，反之亦然。5.起始碼與終止碼

UAG、UAA.UGA為終止碼，它們不為任何氨基酸編碼，而代表蛋白質翻譯的終止。AUG是甲硫氨酸的密碼，同時又是起始密碼。

課堂小結我們注意整個破譯過程中科學家思維的變化，伽莫夫通過數學的排列組合的計算來推測密碼子是由三個堿基組成的，克里克則是巧妙地設計實驗，使DNA增加或減少堿基的方法從實驗上證明了伽莫夫的三聯體密碼子的推測，由理論走向實驗，為密碼子的破譯邁出重要的一步。而尼倫伯格的實驗則更富有創新性，他建立巧妙的無細胞系統進行體外蛋白質合成，成功地破譯了第一個密碼子